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        基于AMESim的輪式裝載機工作裝置建模與仿真研究

        2014-07-18 06:07:20趙文祥嚴世榕
        機床與液壓 2014年1期
        關鍵詞:動臂油缸液壓

        趙文祥,嚴世榕

        (福州大學機械工程及自動化學院,福建福州350108)

        裝載機是集機械、液壓和電子控制技術于一體的非線性復雜系統(tǒng),具有機動性好、作業(yè)速度快、操作輕便等優(yōu)點,被廣泛應用于工程和城市建設場所。裝載機的工作裝置是一個典型的機液耦合系統(tǒng),其作業(yè)過程動態(tài)特性直接影響到作業(yè)效率、操縱性能和零部件的使用壽命[1]。因此,為了提高裝載機工作裝置的動態(tài)特性,許多學者進行了相關研究。

        目前要對裝載機工作裝置進行研究,可以參考的設計仿真方法有:(1)運用ADAMS軟件建立裝載機工作裝置虛擬樣機模型[2-3],進行動力學仿真計算,設計工作裝置機械機構,但該種方法不能解決液壓系統(tǒng)的設計問題,ADAMS軟件的某些版本雖具有液壓模塊,但對于復雜的液壓系統(tǒng)模型,不便進行建模和分析,比如文中所建負載敏感變量泵的變量機構;(2)利用AMESim和ADAMS等仿真軟件進行聯(lián)合仿真[4],該方法可以較好地實現(xiàn)機液系統(tǒng)仿真計算,但由于AMESim模型輸出量的不連續(xù)性,容易導致ADAMS的求解器求解失敗,使得某些液壓模塊的使用受到限制[5],并存在軟件間的單位、符號和求解精度的設置問題,對研究裝載機復雜控制系統(tǒng)也帶來了一定的不便。為了克服以上方法的不足,運用AMESim軟件自帶液壓元件庫、信號元件庫和平面機構庫聯(lián)合建模方法,對某公司生產(chǎn)的ZL10C型裝載機工作裝置的動態(tài)特性進行了研究。

        1 裝載機工作裝置組成

        該ZL10C型裝載機結構形式如圖1所示。

        圖1 裝載機工作裝置組成

        其工作裝置為翻轉六桿式機構,由鏟斗、動臂、搖臂、連桿、轉斗油缸和動臂油缸組成,依靠工作裝置裝載機可以進行散料裝載作業(yè)與短途運輸作業(yè)。其液壓系統(tǒng)工作原理如圖2所示,裝載機作業(yè)過程中,發(fā)動機帶動油泵轉動,為整個液壓系統(tǒng)提供液壓油,通過操縱換向閥閥桿控制閥芯移動,控制動臂液壓缸和轉斗液壓缸伸長或縮短,實現(xiàn)鏟斗所需動作。

        圖2 工作裝置液壓系統(tǒng)原理圖

        2 裝載機工作裝置建模與仿真

        2.1 系統(tǒng)建模仿真原理

        在仿真技術中,AMESim軟件為用戶提供了一個系統(tǒng)工程設計與分析的完整平臺,使用戶可以在單一平臺上建立復雜的機液耦合系統(tǒng)模型[6],其建模仿真原理如圖3所示。根據(jù)仿真對象,在AMESim液壓元件庫和機構庫中選擇相應的元件,分別建立工作裝置的液壓系統(tǒng)和執(zhí)行機構,設置各項參數(shù),采用控制信號控制液壓系統(tǒng)工作。仿真過程中,液壓系統(tǒng)向執(zhí)行機構輸出作用力,使執(zhí)行機構完成相應的動作,執(zhí)行機構將產(chǎn)生的位移、速度和加速度等運動參數(shù)反饋給液壓系統(tǒng)[7],完成仿真計算。

        圖3 AMESim仿真原理圖

        2.2 負載分析與模擬

        裝載機在插入和鏟裝過程中,插入阻力Fin和掘起阻力Fsh依次達到最大值[8]。選擇料堆高度為1 m的細粒河沙為鏟裝對象,由經(jīng)驗公式計算得到最大插入阻力為9 998.3 N,最大掘起阻力為6 700 N,物料重力Fg在鏟裝完成時達到最大值,這里取滿載工況,即物料重力為10 000 N,各構件的重力則不發(fā)生變化[8]。構件重力可以由系統(tǒng)自動加載,F(xiàn)in、Fsh和Fg則需要使用系統(tǒng)提供的Signal03和FXA001模塊模擬,圖4為仿真過程中負載模擬結果。

        圖4 負載模擬曲線

        2.3 系統(tǒng)仿真模型建立

        圖5 輪式裝載機工作裝置系統(tǒng)仿真圖

        裝載機工作裝置機液耦合仿真模型見圖5。其建立步驟為:構建裝載機工作裝置模型;指定 每個元件模塊的數(shù)學模型;設定模型的參數(shù);仿真計算與分析[9-10]。在草圖模式 (Sketch Mode)下建立液壓系統(tǒng)與液壓執(zhí)行機構仿真模型,其液壓系統(tǒng)由液壓缸、液壓閥、溢流閥、定量泵以及信號源和延時等模塊構成,這些模塊可以在基本液壓元件庫 (Hydraulic)與信號庫 (Signal)中選擇;液壓執(zhí)行機構仿真模型由轉斗、連桿、搖臂、動臂、轉斗油缸、舉升油缸等組成,相應模塊可以在平面機械庫 (Planner Mechanical)中選擇。各構件的重心和端口坐標均由工作裝置三維模型獲得。連接各模塊完成系統(tǒng)模型搭建,模型參數(shù)設置如表1所示。為了仿真計算方便,在不影響工作裝置動作的前提下,將動臂多路閥簡化為三位六通閥。

        表1 仿真參數(shù)設置

        2.4 仿真計算與結果分析

        針對裝載機的典型作業(yè)過程,即插入、鏟裝、動臂舉升、卸料、動臂下降,進行一次循環(huán)作業(yè)仿真計算。在仿真計算過程中,設置仿真時間為16 s,采樣時間間隔為0.01 s,各仿真動作時長如表2所示,仿真模式選擇“Stabilizing+Dynamic”,進行仿真計算。

        表2 各仿真動作時長 s

        仿真完成之后,從AMESim中讀取結果,如圖6—9所示。

        圖6 動臂油缸壓力曲線

        圖7 轉斗油缸壓力曲線

        圖8 溢流閥流量曲線

        圖9 液壓缸缸桿加速度曲線

        (1)插入階段(t=0~3 s),在仿真開始時刻(t=0),對系統(tǒng)進行了穩(wěn)態(tài)計算,由于工作機構自身重力存在,所以在動臂油缸與轉斗油缸產(chǎn)生一個初始壓力。裝載機鏟斗插入物料時液壓缸均封閉,由于插入阻力作用,油缸產(chǎn)生被動力,動臂油缸與轉斗油缸壓力在t=2.45 s時達到最大,分別為2.67和1.09 MPa。

        (2)鏟裝階段 (t=3~4.5 s)。此階段動臂油缸封閉,轉斗油缸無桿腔進油,如圖6—7所示在鏟斗開始掘起時,動臂油缸無桿腔與轉斗油缸無桿腔均在3.3 s達到最大值,動臂油缸無桿腔壓力為3.01 MPa,隨后逐漸降低到2.44 MPa,轉斗油缸無桿腔壓力為4.8 MPa,隨后逐漸降低到1.81 MPa。在收斗達到極限時,鏟斗撞擊動臂,使動臂油缸無桿腔壓力上下波動,轉斗油缸無桿腔壓力迅速增加到雙穩(wěn)閥開啟壓力12 MPa,液壓油通過雙穩(wěn)閥直接流回油箱,造成功率溢流損失,如圖8所示。

        (3)動臂舉升 (t=4.5~10 s)。舉升過程中動臂油缸無桿腔壓力逐漸增大,當舉升完成時壓力約為8.44 MPa,隨后迅速超過16 MPa,并產(chǎn)生一定的波動,此時系統(tǒng)主安全溢流閥開啟,對系統(tǒng)進行保護,液壓油通過溢流閥直接流回油箱,同樣造成了功率溢流損失,如圖8所示。

        (4)鏟斗卸料 (t=10~12 s)。在卸料初始階段轉斗油缸有桿腔壓力大于無桿腔壓力,從t=10.5 s開始,鏟斗翻轉速度加快,物料重力迅速減小到0,如圖4所示。轉斗油缸和動臂油缸無桿腔壓力均迅速減小。卸料完成時,鏟斗撞擊限位塊,導致轉斗油缸產(chǎn)生壓力沖擊,其無桿腔壓力最大值達到7.03 MPa,如圖7所示。

        (5)動臂下降 (t=12~16 s)。在此過程中動臂油缸有桿腔進油,動臂開始下降,由于此過程工作裝置的重力勢能逐漸轉換為動能,動臂快速下降,動臂油缸有、無桿腔的壓力均較小,并且壓力變化比較穩(wěn)定,如圖6所示。

        由上述分析可知,在鏟裝和舉升完成時,液壓系統(tǒng)無法驅(qū)動負載,系統(tǒng)壓力快速升高,導致主安全閥打開,造成功率溢流損失。由圖9也可以看出,在t=3.9 s和t=8.2 s附近壓力快速升高使缸桿產(chǎn)生了較大的加速度。同樣,裝載機作業(yè)過程中復雜多變的工況,導致液壓系統(tǒng)負載變化頻繁,當外部負載過大以致液壓系統(tǒng)過載時,大多數(shù)操作人員很難做到準確判斷并快速關閉多路閥,這種情況下也會造成大量的功率損失。

        這些能耗損失歸根到底是因為系統(tǒng)采用定量泵,定量泵輸出的流量和壓力不能夠隨著負載的變化自動調(diào)節(jié),而產(chǎn)生的壓力和流量的過剩。為了解決這一問題,降低功率損失,在以上研究的基礎之上,用某公司生產(chǎn)的A10VSO系列負載敏感變量泵取代原ZL10C裝載機的定量泵。

        3 工作裝置負載敏感系統(tǒng)建模與仿真

        3.1 工作裝置負載敏感液壓系統(tǒng)

        對ZL10C型裝載機采用A10VSO系列負載敏感變量泵改進后,其液壓系統(tǒng)結構簡圖如圖10所示。各多路閥出口壓力通過梭閥網(wǎng)絡比較,將最大負載壓力傳送到負載敏感泵變量機構。變量機構通過保持多路閥進出口壓力差為恒值 (A10VSO產(chǎn)品中標準設定壓差為1.4 MPa),對變量泵進行控制,實現(xiàn)負載敏感變量泵可以根據(jù)負載需求,調(diào)節(jié)輸出的壓力和流量[11]。在待機空轉時,輸出壓力低,斜盤轉角小,近似處于零壓零流量狀態(tài)。在過載時輸出流量很低,僅能夠維持系統(tǒng)本身控制與泄漏需求。這樣液壓系統(tǒng)就可以避免溢流損失,提高液壓系統(tǒng)的效率。同時在壓力補償閥的作用下,可以實現(xiàn)動臂油缸和轉斗油缸同時動作,提高了工作裝置的操作特性。

        圖10 負載敏感液壓系統(tǒng)原理圖

        3.2 工作裝置負載敏感液壓系統(tǒng)建模

        在AMESim軟件中,由于沒有負載敏感變量泵模塊,因此變量泵的變量機構需要運用液壓元件設計庫HCD(Hydraulic Component Design)建立。變量泵主體選用現(xiàn)有變量泵模型,建立的工作裝置系統(tǒng)仿真模型如圖11所示。為了更好地對比改進前后工作裝置性能的變化,除了變量泵模型外,其他參數(shù)設置與原工作裝置相同。

        圖11 負載敏感液壓系統(tǒng)仿真圖

        3.3 仿真計算與結果分析

        圖12 多路閥輸入信號

        各仿真動作時長設置同樣如表2所示,進行仿真計算。圖12為多路換向閥輸入信號,其中輸入信號值為1時表示多路換向閥全開。圖13為變量泵輸出流量曲線,由圖可知,在鏟裝和舉升完成時,變量泵輸出流量迅速減小,降低了系統(tǒng)溢流損失。圖14為負載敏感系統(tǒng)壓力曲線,由圖可知,負載敏感閥調(diào)節(jié)過程中,泵出口壓力與最高負載壓力差值基本保持在1.4 MPa左右,泵輸出壓力能夠較好跟隨負載壓力變化,降低了系統(tǒng)壓力損失。

        圖13 變量泵輸出流量曲線

        圖14 負載敏感系統(tǒng)壓力曲線

        圖15是兩種不同液壓系統(tǒng)泵的輸出功率曲線,表3是作業(yè)過程中液壓系統(tǒng)能量消耗情況。分析可知,在插入階段多路閥關閉,負載敏感泵輸出的功率僅為0.038 kW,用來維持系統(tǒng)本身控制與泄漏需求。在鏟裝完成和到達最大舉升位置時,相比定量泵系統(tǒng)產(chǎn)生溢流損失,負載敏感泵輸出流量迅速減小,使輸出功率降低到1.21 kW。由表3數(shù)據(jù)可以得出:此次作業(yè)循環(huán)中,0~16 s內(nèi)定量泵液壓系統(tǒng)總能耗為123.4 kJ,平均每秒消耗7.71 kJ,而負載敏感液壓系統(tǒng)總能耗為60.2 kJ,平均每秒消耗3.77 kJ。所以負載敏感液壓系統(tǒng)能夠更好地適應負載流量和壓力的需求變化,明顯降低了液壓系統(tǒng)的能量損失。

        圖15 液壓泵輸出功率曲線

        表3 液壓系統(tǒng)能量消耗

        4 結論

        (1)在AMESim中建立了原裝載機工作裝置液壓系統(tǒng)和機械機構仿真模型,針對裝載機典型作業(yè)過程,對模型施加外部負載,完成了虛擬仿真計算。由仿真結果可知:裝載機在鏟裝過程中容易產(chǎn)生振動和壓力沖擊,對工作裝置產(chǎn)生一定的損傷,并造成大量的功率損失。

        (2)為了減少裝載機作業(yè)過程中的功率溢流損失,對原工作裝置液壓系統(tǒng)進行了改進,設計了ZL10C型裝載機負載敏感液壓系統(tǒng)。通過結果對比分析,可以看出改進后的負載敏感液壓系統(tǒng)能夠較好地適應負載流量和壓力的需求變化,避免流量和壓力的過剩,從而降低系統(tǒng)的功率溢流損失,提高了系統(tǒng)的效率。

        (3)將多學科領域復雜系統(tǒng)建模仿真軟件AMESim應用到工程機械領域,在AMESim單一平臺上實現(xiàn)了裝載機工作裝置機液耦合機構的聯(lián)合仿真。該研究方法對于類似機液耦合機構的設計、分析與優(yōu)化具有一定的參考意義。依靠其強大的優(yōu)越性,AMESim軟件將在機電液系統(tǒng)仿真領域得到廣泛應用。

        【1】侯亮,潘勇軍,郭濤,等.裝載機八桿機構工作裝置多目標優(yōu)化與仿真[J].中國工程機械學報,2009,7(3):258-264.

        【2】寧曉斌,徐永進,王國彪,等.裝載機工作裝置機械-液壓耦合系統(tǒng)仿真[J].農(nóng)業(yè)機械學報,2007,38(3):7-9.

        【3】曹旭陽,王國彪,徐進永,等.基于機液耦合的裝載機工作裝置仿真與實驗研究[J].中國工程機械學報,2008,6(1):28-32.

        【4】謝地,權龍.基于ADAMS和AMESim的裝載機聯(lián)合仿真[J].礦山機械,2011,39(10):27 -32.

        【5】李劍鋒,汪建兵,林建軍,等.機電系統(tǒng)聯(lián)合仿真與集成優(yōu)化[M].北京:電子工業(yè)出版社,2010.

        【6】王劍鵬,秦四成,王雪蓮,等.50型輪式裝載機工作裝置液壓系統(tǒng)的實驗與仿真[J].機床與液壓,2009,37(10):234-235.

        【7】PARK Sung Hee,ALAM Khairul,JEONG Young Man,et al.Modeling and Simulation of Hydraulic System for a Wheel Loader Using AMESim[C]//ICROS~SICE International Joint Conference,2009:2991 -2996.

        【8】楊占敏,王智明,張春秋.輪式裝載機[M].北京:化學工業(yè)出版社,2005.

        【9】司癸卯,張青蘭,段立立,等.基于AMESim的液壓破碎錘液壓系統(tǒng)建模與仿真[J].中國工程機械學報,2010,8(2):179-183.

        【10】楊樹川,楊術明.基于AMESim的平面篩運動仿真與分析[J].煤礦機械,2010,31(8):219-220.

        【11】王炎,胡軍科,楊波.負載敏感變量泵的動態(tài)特性分析與仿真研究[J].現(xiàn)代制造工程,2008(12):84-95.

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